DE10217020A1 - Method for determining and compensating for periodically occurring interference torques in a harmonic drive mechanism subordinate to a drive motor uses a torque sensor to measure torque faults - Google Patents

Method for determining and compensating for periodically occurring interference torques in a harmonic drive mechanism subordinate to a drive motor uses a torque sensor to measure torque faults

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DE10217020A1
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Abstract

Torque faults occurring periodically on a power take-off side are measured along a relevant trajectory by means of a torque sensor on the power take-off side and recorded as torque fault signals dependent on the function of each up-to-the-minute engine position. The recorded fault signals are subjected to an analysis of Fourier coefficients to calculate interference at the driving end. Compensation is calculate and added to a required engine torque. Newly calculated engine compensating torque is added to earlier compensating torque. An iteration is broken off as soon as a torque fault reaches or falls below a preset threshold levels.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen und Kompensieren von periodisch auftretenden Störmomenten in einem einem Antriebsmotor nachgeordneten Harmonic-Drive-Getriebe unter Verwendung eines abtriebsseitig angeordneten Drehmomentsensors. Ferner betrifft die Erfindung hierfür geeignete Drehmomentsensoren. The invention relates to a method for determining and Compensate for periodic disturbance torques in one a harmonic drive gear arranged downstream of a drive motor using one arranged on the output side Torque sensor. The invention further relates to suitable ones for this Torque sensors.

In der elektrischen Antriebstechnik werden in zunehmendem Maß leistungsfähige, kompakte Motor-Getriebe-Einheiten benötigt, die nicht nur rein positions- oder geschwindigkeitsgeregelt sind, sondern auch als präzise Drehmomentquelle dienen können. Solche Antriebe werden beispielsweise in der Robotik, im Simulatorbereich oder in zahlreichen sogenannten "by-wire"-Systemen für Flugzeuge und Automobile benötigt. Die bei einer kompakten Bauweise sich ergebenden hohen Getriebeübersetzungen führen aber zu erheblichen Reibungseffekten. Auf der Abtriebsseite, d. h. nach dem Getriebe untergebrachte Drehmomentsensoren können zum genauen Messen eines abgegebenen Drehmoments herangezogen werden. In electrical drive technology are increasing Powerful, compact motor-gear units needed that are not only purely positional or are speed-controlled, but also as precise Torque source can serve. Such drives will for example in robotics, in the simulator area or in numerous so-called "by-wire" systems for aircraft and Automobile needed. Which with a compact design resulting high gear ratios lead to considerable friction effects. On the output side, d. H. to torque sensors housed in the gearbox can be used for accurate measurement of a given torque become.

Als Getriebe werden bevorzugt Harmonic-Drive-Getriebe eingesetzt, die sich durch ein sehr gutes Verhältnis zwischen Eigengewicht und Last sowie eine spielfreie Kraftübertragung auszeichnen. Die Getriebe haben jedoch eine relativ hohe Elastizität sowie bei konstantem Eingangsdrehmoment eine periodische Störwelligkeit des Drehmoments. Es ist bekannt, dass diese Störungen Frequenzen mit einem Vielfachen der Motorumdrehungen aufweisen. Diese Drehmomentschwankung kann sich bei feinfühligen, kraftgeregelten Aufgaben als ein erheblicher Störfaktor erweisen. Harmonic drive gears are preferred as gears used, which is characterized by a very good relationship between Dead weight and load as well as a backlash-free Award power transmission. However, the gears have a relative high elasticity and constant input torque a periodic torque ripple. It is known that these interference frequencies with a Have multiples of the engine revolutions. This Torque fluctuation can occur with sensitive, force-controlled Tasks prove to be a major disruptive factor.

Diese Störungen können jedoch auch mit Hilfe eines abtriebsseitig vorgesehenen Drehmomentsensors in einer geschlossenen Regelschleife nicht vollständig beseitigt werden, da die Reglerstruktur durch Messung und Rückführung des Sensorwertes eine gewisse Zeitverzögerung beinhaltet und somit auf die teilweise hochfrequenten Störungen nicht reagieren kann. However, these disorders can also be with the help of a torque sensor provided on the output side in one closed control loop not completely eliminated as the controller structure through measurement and feedback of the sensor value contains a certain time delay and therefore not to the sometimes high-frequency interference can react.

Aufgabe der Erfindung ist es, solche periodischen Störmomente, die von einem einem Antrieb nachgeordneten Harmonic-Drive-Getriebe erzeugt werden, unter Zuhilfenahme eines abtriebsseitigen Drehmoments genau zu bestimmen und zu kompensieren. The object of the invention is to provide such periodic Disturbing torques from a drive downstream Harmonic drive gears are generated with the help of an output-side torque to be exactly determined and compensate.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung mittels des Verfahrens nach Anspruch 1 gelöst. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in vorteilhafter Weise einsetzbare Drehmomentsensoren sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5. This object is according to the invention by means of Method according to claim 1 solved. When performing the inventive method in an advantageous manner Torque sensors that can be used are the subject of claims 2 until 5.

Zum Bestimmen und Kompensieren von durch ein Harmonic- Drive-Getriebe hervorgerufenen Übertragungsschwankungen werden gemäß der Erfindung folgende Schritte durchgeführt:
Der Antrieb, bestehend aus einem Antriebsmotor mit nachgeordnetem Harmonic-Drive-Getriebe, wird entlang einer relevanten Trajektorie (mit der nominellen Last) bewegt. Dabei wird ein abtriebsseitiger Drehmomentfehler ta mit Hilfe eines abtriebsseitig vorgesehenen Drehmomentsensors gemessen und es werden als Funktion der aktuellen Motorposition qm aufgezeichnete Drehmoment-Fehler ta(qm) aufgezeichnet. To determine and compensate for transmission fluctuations caused by a harmonic drive transmission, the following steps are carried out according to the invention:
The drive, consisting of a drive motor with a downstream harmonic drive gearbox, is moved along a relevant trajectory (with the nominal load). In this case, an output-side torque error is a t by means of an output side provided for the torque sensor is measured and it will be as a function of the actual motor position q m recorded torque error t a (q m) is recorded.

Die aufgezeichneten Fehlersignale tao(qm) werden mittels Fourier-Analyse in ihre Frequenzanteile zerlegt. Es ist somit erkennbar, aus welchen Einzelfrequenzen mit einer jeweils bestimmten Amplituden an, bn sich die Störung zusammensetzt.

The recorded error signals t ao (q m ) are broken down into their frequency components by means of Fourier analysis. It can thus be seen from which individual frequencies with a particular amplitude a n , b n the interference is composed.

Als Alternative zu der Fourier-Analyse können auch andere Methoden zur Funktionen-Approximation eingesetzt werden, wie beispielsweise Splines oder neuronale Netze. As an alternative to Fourier analysis, others can Methods for function approximation are used, such as splines or neural networks.

Aus der abtriebsseitigen Störung ta0(qm) wird eine motorseitige Störung tm0(qm) berechnet. Dazu muss zumindest die Getriebeübersetzung sowie gegebenenfalls eine vorhandene Dynamik zwischen Motor- und Abtriebsmoment berücksichtigt werden. A motor- side fault t m0 (q m ) is calculated from the output-side fault t a0 (q m ). To do this, at least the gear ratio and, if applicable, an existing dynamic between engine and output torque must be taken into account.

Die berechnete Kompensation tms0 = -tm0 wird zu einem geforderten Motordrehmoment tm hinzu addiert. Da die Getriebeübersetzung auch durch die durch das Harmonic-Drive- Getriebe hervorgerufenen Schwankungen des Drehmoments beeinflusst wird und da die restlichen Parameter der Dynamik nicht genau bekannt sind, verbleibt nach der Durchführung der Kompensation ein Restfehler. The calculated compensation t ms0 = -t m0 is added to a required engine torque t m . Since the gear ratio is also influenced by the fluctuations in the torque caused by the harmonic drive gear and since the remaining parameters of the dynamics are not exactly known, a residual error remains after the compensation has been carried out.

Aufgrund dieser Tatsache läuft das erfindungsgemäße Verfahren nunmehr iterativ ab. Auf der gleichen Trajektorie wird der verbliebene Restfehler tai(qm) beim i-ten Durchgang mittels des abtriebsseitigen Drehmomentsensors gemessen und daraus die Fourier-Koeffizienten an, bn des Restfehlers bestimmt:


Because of this fact, the method according to the invention now runs iteratively. On the same trajectory, the remaining residual error t ai (q m ) at the i-th pass is measured using the torque sensor on the output side and the Fourier coefficients a n , b n of the residual error are determined from this:


Das neu errechnete Kompensationsdrehmoment tmsi ges (qm) wird mit einer Konstante k gewichtet und zum vorherigen Kompensations-Drehmoment tms(i-1) ges addiert. Hierdurch ergibt sich dann:


wobei tmsi ges das gesamte Kompensationsmoment nach der Iteration i ist. The newly calculated compensation torque t ges msi (q m) is weighted with a constant k and added to the previous compensation torque t ms (i-1) ges. This then results in:


wherein t ges msi the entire compensating moment after iteration i.

Die Iteration wird abgebrochen, sobald der abtriebsseitige Drehmomentfehler tai einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht oder unterschreitet. The iteration is terminated as soon as the torque error t ai on the output side reaches or falls below a predetermined threshold value.

Die gemäß der Erfindung vorgenommene iterative Vorgehensweise hat folgende Vorteile:
Es erfolgt eine effiziente Reduzierung der Schwankungen des abtriebsseitigen Drehmomentes durch dessen direkte Messung mittels eines Drehmomentsensors. Hierbei wird keine genaue Kenntnis des physikalischen Modells des Antriebes oder der Störung vorausgesetzt. Vielmehr reicht eine experimentell ermittelte Übertragungsfunktion zum Rückrechnen des Motormoments aus. The iterative procedure carried out according to the invention has the following advantages:
There is an efficient reduction in the fluctuations in the output-side torque by measuring it directly by means of a torque sensor. No exact knowledge of the physical model of the drive or the fault is assumed. Rather, an experimentally determined transfer function is sufficient to recalculate the engine torque.

Durch die iterative Vorgehensweise werden Fehler beim Rückrechnen mittels eines Modells kompensiert, so dass auch zusätzliche nicht berücksichtigte Effekte reduziert werden können. Durch die iterative Berechnung der Korrektur nach Durchfahren der gesamten Bahn wird der Fehler entlang der vollständigen Trajektorie und nicht nur lokal minimiert. The iterative procedure eliminates errors in Computed back calculation using a model so that also reduced additional effects not taken into account can be. Through the iterative calculation of the The correction is made after driving through the entire path Errors along the full trajectory and not only minimized locally.

Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren vor allem im industriellen Bereich eingesetzt werden, indem die Antriebs-Getriebeeinheit in Form eines Motors mit nachgeordnetem Harmonic-Drive-Getriebe eine vorher bestimmte Trajektorie unter konstanten Bedingungen wiederholt abfährt. Thus, the method according to the invention can be used in particular be used by the industrial field Drive gear unit in the form of a motor with subordinate harmonic drive gear a predetermined Repeated trajectory under constant conditions departs.

Gemäß der Erfindung werden somit die mittels des abtriebsseitigen Drehmomentsensors gemessenen Signale zur Kompensation der abtriebsseitigen Drehmomentschwankungen in einem Harmonic-Drive-Getriebe ausgenutzt. Die gemessenen Störungen werden vorzugsweise mit Hilfe einer Fourier-Analyse in ein antriebsseitiges Kompensations-Drehmoment umgerechnet. According to the invention, the means of signals measured on the output-side torque sensor Compensation for torque fluctuations on the output side exploited in a harmonic drive gear. The Measured disturbances are preferably measured using a Fourier analysis in a drive side Converted compensation torque.

Durch die iterative Vorgehensweise wird der Restfehler entlang der gleichen Trajektorie bestimmt und es wird eine schrittweise Korrektur der Koeffizienten des Störmodells durchgeführt. Die Iteration wird dann abgebrochen, wenn der Restfehler einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht bzw. unterschreitet. The residual error is caused by the iterative procedure determined along the same trajectory and it will a gradual correction of the coefficients of the Disturbance model carried out. The iteration is then stopped, if the residual error is a predetermined threshold reached or fallen below.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen: The invention is described below with reference to drawings explained. Show it:

Fig. 1 ein ungeregeltes und ungefiltertes Drehmomentsignal, das mittels eines abtriebsseitig vorgesehenen Drehmomentsensors über zwei Motorumdrehungen aufgenommen ist; FIG. 1 is an uncontrolled and unfiltered torque signal which is received by a driven side provided for the torque sensor over two engine revolutions;

Fig. 2 als gepunktete Linie ein geregeltes Drehmoment und als ausgezogene Linie ein geregeltes und kompensiertes Drehmoment; Fig. 2 as a dotted line, and a regulated torque than the solid line a controlled and compensated torque;

Fig. 3 das Leistungsspektrum der Signale von Fig. 2; Fig. 3 shows the power spectrum of the signals of Fig. 2;

Fig. 4 über verschiedene Iterationsschritte aufgetragene Fehler; Fig. 4 is applied through various iterations error;

Fig. 5a und 5b in perspektivischer Darstellung eine erste Ausführungsform eines Drehmomentsensors, und zwar in Fig. 5a dessen Vorderseite und in Fig. 5b dessen Rückseite, und FIGS. 5a and 5b show a perspective view of a first embodiment of a torque sensor, namely its front side in FIG. 5a and its rear side in FIG. 5b, and

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Drehmomentsensors. Fig. 6 is a perspective view of a second embodiment of a torque sensor.

In Fig. 1 ist ein typischer Verlauf einer Störung im ungeregelten, unkompensierten Zustand wiedergegeben, wie sie mittels eines Drehmomentsensors gemessen wird. In Fig. 1 ist auf der Ordinate das Drehmoment in Nm und auf der Abszisse ist die Motorposition in Grad aufgetragen. In Fig. 1, a typical curve is shown of a fault in the unregulated, uncompensated state, as measured by means of a torque sensor. In Fig. 1, the ordinate is the torque in Nm and the abscissa is the motor position in degrees.

Ein Kompensationssignal nach der ersten Iteration, bzw. nach Abschluss der Optimierung ist in Fig. 2 dargestellt, wobei auch in Fig. 2 auf der Ordinate das Drehmoment in Nm und auf der Abszisse die Motorposition in Grad aufgetragen sind. Hierbei sind in Fig. 2 ein geregeltes Drehmoment durch eine gepunktete Linie und ein geregeltes und kompensiertes Drehmoment durch eine ausgezogene Linie wiedergegeben. Hierbei werden bei der Kompensation die ersten sechs Fourier-Komponenten berücksichtigt. Wie ein Vergleich der Graphen in Fig. 1 und Fig. 2 zeigt, nimmt die Amplitude der Störung auf dem Momentensignal ständig ab. A compensation signal after the first iteration or after completion of the optimization is shown in FIG. 2, the torque in Nm also being plotted on the ordinate in FIG. 2 and the motor position in degrees on the abscissa. Here, a torque controlled by a dotted line and a controlled and compensated torque by a solid line are shown in Fig. 2. The first six Fourier components are taken into account in the compensation. As a comparison of the graphs in FIG. 1 and FIG. 2 shows, the amplitude of the interference on the torque signal decreases continuously.

Fig. 3 zeigt durch einen gepunktet wiedergegebenen Graphen das Spektrum der Störung vor der Kompensation und durch einen ausgezogen wiedergegebenen Graphen das Spektrum nach einer abgeschlossenen Optimierung. In Fig. 3 sind auf der Ordinate die Signalleistung in Nm2 und auf der Abszisse die Frequenz aufgetragen. Hierbei sind die ersten sechs Komponenten im Spektrum kompensiert und es ist ein deutlicher Rückgang der Störung zu beobachten. FIG. 3 shows the spectrum of the disturbance before the compensation by a dotted graph and the spectrum after a completed optimization by a graph shown in solid lines. In Fig. 3, the signal power in Nm 2 and on the abscissa the frequency on the ordinate. The first six components in the spectrum are compensated for and a clear decrease in the disturbance can be observed.

Schließlich sind in Fig. 4 die Fehler über die einzelnen Iterationsschritte für die zweite spektrale Komponente aufgetragen, wobei auf der Abszisse wiederum die Signalleistung in Nm2 und auf der Ordinate die Anzahl der Optimierungsschritte aufgetragen ist. Finally, the errors over the individual iteration steps for the second spectral component are plotted in FIG. 4, the signal power in Nm 2 being plotted on the abscissa and the number of optimization steps being plotted on the ordinate.

In Fig. 5a und 5b sind jeweils in perspektivischer Darstellung Vorderseite bzw. Rückseite einer ersten Ausführungsform eines Drehmomentsensors 5 dargestellt, welcher als ein monolithisches, scheibenförmiges Aufnahmeteil ausgebildet ist, dessen Oberseite eine in zusammenhängende Abschnitte unterteilte plane Fläche ist. In Fig. 5a and 5b are respectively shown of a torque sensor 5 in perspective front and rear sides of a first embodiment which acts as a monolithic disk-shaped receiving part is formed, the top of which is a divided into contiguous portions planar surface.

Das Aufnahmeteil besteht aus einem Innenflansch 50 mit einer Anzahl Krafteinleitungsstellen 52, einem Außenflansch 51 mit Krafteinleitungsstellen 53 und aus vier zwischen den beiden Flanschen 50 und 51 ausgebildeten radial verlaufenden Verbindungsstegen 54 mit jeweils einem mechanisch geschwächten Abschnitt. Bei der ersten Ausführungsform sind die mechanisch geschwächten Abschnitte als unterseitige Ausnehmungen 55 ausgebildet, die jeweils, wie der perspektivischen Darstellung der Rückseite in Fig. 5b zu entnehmen ist, dahingehend optimiert sind, dass sie nierenformähnlich ausgebildet sind und als Abschluss einen dünnen membranartigen Boden haben. Die Oberseite der Ausnehmung 55 ist zum Aufbringen von Dehnungsmessstreifen 8, als eine plane Fläche ausgebildet. The receiving part consists of an inner flange 50 with a number of force introduction points 52 , an outer flange 51 with force introduction points 53 and four radially extending connecting webs 54 formed between the two flanges 50 and 51 , each with a mechanically weakened section. In the first embodiment, the mechanically weakened sections are designed as recesses 55 on the underside, each of which, as can be seen from the perspective representation of the rear in FIG . The top of the recess 55 is designed to apply strain gauges 8 as a flat surface.

Wie in Fig. 5a dargestellt, sind Dehnungsmessstreifen 8 spiegelbildlich auf jeweils zwei diagonal einander gegenüberliegenden Verbindungsstegen 54 unter 45° zu einer fiktiven, radial verlaufenden Mittenlinie des jeweiligen Verbindungsstegs 54 aufgebracht. Die Dehnungsmessstreifen 8 sind nach dem Prinzip einer Wheatstone-Brücke jeweils zu Viertel-, Halb- oder Voll-Brücken in der Weise geschaltet sind, dass aus den Messwerten ein Abtriebsmoment ermittelbar ist. As shown in FIG. 5a, strain gauges 8 are applied in mirror image on two diagonally opposite connecting webs 54 at 45 ° to a fictitious, radially running center line of the respective connecting web 54 . The strain gauges 8 are connected according to the principle of a Wheatstone bridge to form quarter, half or full bridges in such a way that an output torque can be determined from the measured values.

In der in Fig. 5a und 5b dargestellten Ausführungsform sind an zwischen benachbarten Verbindungsstegen 54 vorgesehenen Ausschnitten 56 Ansätze 57 ausgebildet, welche etwa in der Mitte des jeweiligen Ausschnitts 56 von der Innenseite des Außenflansches 51 in radialer Richtung vorstehen. Auf derartigen Ansätzen 57 kann elektronische Hardware, beispielsweise in Form eines Analogverstärkers zum Verstärken der ermittelten Messwerte und ein dem Verstärker nachgeordneter Analog-, Digital-Wandler sowie die eigentliche Auswerteelektronik unmittelbar auf dem monolithischen Aufnahmeteil des Drehmomentsensors 5 angebracht werden. In the embodiment shown in FIGS. 5a and 5b, projections 57 are formed on cutouts 56 provided between adjacent connecting webs 54 and protrude in the radial direction approximately in the middle of the respective cutout 56 from the inside of the outer flange 51 . On such approaches 57 , electronic hardware, for example in the form of an analog amplifier for amplifying the measured values determined and an analog-to-digital converter downstream of the amplifier, as well as the actual evaluation electronics, can be attached directly to the monolithic receiving part of the torque sensor 5 .

Bei dieser Ausbildung eines Drehmomentsensors wird für die Hardware zur Aufbereitung und Auswertung der gemessenen Werte kein zusätzlicher Bauraum benötigt. In this design of a torque sensor for Hardware for processing and evaluating the measured Values no additional installation space required.

Auch bei der zweiten in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist der Drehmomentsensor 6 wieder als ein monolithisches scheibenförmiges Aufnahmeteil mit planer Oberseite ausgebildet. Auch dieses Aufnahmeteil besteht aus einem kreisringförmigen Innenflansch 60 mit Krafteinleitungsstellen 62, aus einem kreisringförmigen Außenflansch 61 mit Krafteinleitungsstellen 63 und aus vier zwischen den beiden Flanschen ausgebildeten, radialverlaufenden Verbindungsstegen 64. In the second embodiment shown in FIG. 6, the torque sensor 6 is again designed as a monolithic disk-shaped receiving part with a flat top. This receiving part also consists of an annular inner flange 60 with force introduction points 62 , an annular outer flange 61 with force introduction points 63 and four radially extending connecting webs 64 formed between the two flanges.

Bei der zweiten Ausführungsform sind jedoch im Unterschied zu der ersten Ausführungsform in den vier Verbindungsstegen 64 die mechanisch geschwächten Abschnitte als Ausschnitte 66 ausgebildet, die in der Weise optimiert sind, dass sie in Fig. 6 die Form einer Ellipse oder, was im einzelnen nicht dargestellt ist, die Form einer Raute oder eines Ovals haben können. In the second embodiment, however, in contrast to the first embodiment, in the four connecting webs 64, the mechanically weakened sections are designed as cutouts 66 , which are optimized in such a way that they have the shape of an ellipse or what is not shown in detail in FIG. 6 is in the shape of a diamond or oval.

Bei der zweiten Ausführungsform in Fig. 6 sind Dehnungsmessstreifen 81 auf radial und senkrecht zur Oberfläche ausgerichteten planen Außenflächenbereichen der Verbindungsstege 64, wiederum unter 45° zu einer gedachten Mittellinie der Außenflächenbereiche ausgerichtet, aufgebracht. Auch diese Dehnungsmessstreifen 81 sind nach dem Prinzip einer Wheatstone- Brücke jeweils zu Viertel-, Halb- oder Voll-Brücken in der Weise geschaltet, dass aus den Messwerten ein Abtriebsmoment ermittelbar ist. In the second embodiment in FIG. 6, strain gauges 81 are applied to planar outer surface regions of the connecting webs 64 oriented radially and perpendicular to the surface, again at 45 ° to an imaginary center line of the outer surface regions. These strain gauges 81 are also connected according to the principle of a Wheatstone bridge to form quarter, half or full bridges in such a way that an output torque can be determined from the measured values.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann überall dort angewendet werden, wo leichte, drehmomentgeregelte Antriebe vorgesehen sind. In praktisch all diesen Fällen sind Antriebe mit nachgeordnetem Harmonic-Drive-Getriebe vorteilhaft. Da wie vorstehend dargelegt, durch die Harmonic-Drive-Getriebe abtriebsseitig Störungen erzeugt werden, können diese mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit dem Einsatz einer vorstehend beschriebenen Drehmomentsensoren weitestgehend beseitigt bzw. so weit minimiert werden, dass der verbleibende, reduzierte Restfehler im allgemeinen vernachlässigbar klein ist. The method according to the invention can be used anywhere there where light, torque-controlled drives are provided are. In practically all of these cases, drives are included downstream harmonic drive gear advantageous. There like set out above by the harmonic drive gearbox malfunctions are generated on the output side, these can be eliminated with the help of the inventive method in connection with the Use of a torque sensor described above largely eliminated or minimized to the extent that the remaining, reduced residual error in general is negligibly small.

Claims (6)

1. Zum Bestimmen und Kompensieren von periodisch auftretenden Störmomenten in einem einem Antriebsmotor nachgeordneten Harmonic-Drive-Getriebe unter Verwendung eines abtriebsseitig angeordneten Drehmomentsensors, wobei
entlang einer relevanten Trajektorie mittels des abtriebsseitigen Drehmomentsensors durch periodisch auftretende Störmomente abtriebsseitig auftretende Drehmomentfehler ta gemessen und als von der Funktion der jeweiligen aktuellen Motorposition qm abhängige Drehmomentfehler-Signale ta(qm) aufgezeichnet werden;
die aufgezeichneten Fehlersignale ta0(qm)


einer Fourier-Analyse unterzogen werden, wobei die Fourier- Koeffizienten an0, bn0 ermittelt werden;
unter Berücksichtigung zumindest der Getriebeübersetzung sowie einer gegebenenfalls vorhandenen Dynamik zwischen Motor- und Abtriebsmoment aus diesen Fehlersignalen ta0(qm) eine antriebsseitige Störung tm0(qm) berechnet wird;
die berechnete Kompensation tms0 = -tm0 zu einem geforderten Motormoment tm addiert wird;
auf der gleichen Trajektorie ein verbleibender Restfehler tai(qm) mit i = 1, 2, . . . beim i-ten Durchgang mittels des abtriebsseitigen Drehmomentsensors gemessen und daraus dessen Fourier-Koeffizienten bestimmt werden


das neu berechnete Motor-Kompensatioins-Drehmoment tmsi(qm) mit einer Konstanten k ≤ 1 gewichtet und zum vorherigen Kompensations-Drehmoment tms(i-1) ges addiert wird, wodurch sich ergibt:


wobei tmsi ges das gesamte Kompensationsmoment nach der Iteration i ist, und
die Iteration abgebrochen wird, sobald der Drehmomentfehler tai einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht oder unterscheitet. 1. To determine and compensate for periodically occurring disturbance torques in a harmonic drive gear arranged downstream of a drive motor using a torque sensor arranged on the output side, wherein
measured along a relevant trajectory by means of the torque sensor on the output side by means of periodically occurring disturbance torques on the output side torque errors t a and recorded as torque error signals t a (q m ) dependent on the function of the respective current motor position q m ;
the recorded error signals t a0 (q m )


be subjected to a Fourier analysis, the Fourier coefficients a n0 , b n0 being determined;
taking into account at least the gear ratio and any dynamics between the engine and output torque, a fault t m0 (q m ) is calculated from these error signals t a0 (q m );
the calculated compensation t ms0 = -t m0 is added to a required engine torque t m ;
on the same trajectory, a residual error t ai (q m ) with i = 1, 2,. , , at the i-th pass, measured by means of the torque sensor on the output side and the Fourier coefficients determined therefrom


the newly calculated motor torque T Kompensatioins msi (q m) with a constant k ≤ 1 weighted and ges is added to the previous compensation torque t ms (i-1), which gives:


wherein t ges msi the entire compensating moment after iteration i, and
the iteration is terminated as soon as the torque error t ai reaches or falls below a predetermined threshold value. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Funktionsapproximation neuronale Netze oder Splines verwendbar sind. 2. The method according to claim 1, characterized in that that for functional approximation neural networks or Splines are usable. 3. Drehmomentsensor, der bei der Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 verwendbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (5, 6) als ein monolithisches scheibenförmiges Aufnahmeteil mit einer planen Oberseite ausgebildet ist, wobei das Aufnahmeteil aus einem kreisringförmigen Innenflansch (50; 60) mit Krafteinleitungsstellen (52; 62), aus einem kreisringförmigen Außenflansch (51; 61) mit Krafteinleitungsstellen (53, 63) und aus vier zwischen den beiden Flanschen (50, 51; 60, 61) ausgebildeten, radial verlaufenden Verbindungsstegen (54; 64) mit jeweils einem mechanisch geschwächten Abschnitt besteht, und dass auf festgelegten planen Bereichen der mechanisch geschwächten Abschnitte der Verbindungsstege (54; 64) Dehnungsmessstreifen (8; 81) aufgebracht sind, die nach dem Prinzip einer Wheatstone-Brücke jeweils zu Viertel-, Halb- oder Voll-Brücken in der Weise geschaltet sind, dass aus den Messwerten ein Abtriebsmoment ermittelbar ist. 3. Torque sensor that can be used in carrying out the method according to claim 1, characterized in that the torque sensor ( 5 , 6 ) is designed as a monolithic disk-shaped receiving part with a flat top, the receiving part consisting of an annular inner flange ( 50 ; 60 ) with force introduction points ( 52 ; 62 ), from an annular outer flange ( 51 ; 61 ) with force introduction points ( 53 , 63 ) and from four radially extending connecting webs ( 54 ; 64. ) formed between the two flanges ( 50 , 51 ; 60 , 61 ) ) each with a mechanically weakened section, and that strain gauges ( 8 ; 81 ) are applied to fixed, planar areas of the mechanically weakened sections of the connecting webs ( 54 ; 64 ), each of which is quarter, half, or full bridges are switched in such a way that an output torque can be determined from the measured values is. 4. Drehmomentsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanisch geschwächte Abschnitt der Verbindungsstege (54) des Drehmomentsensors (5) als eine unterseitige nierenformähnliche Ausnehmung (55) mit einem Abschluss in Form eines dünnen membranartigen Bodens ausgebildet ist, wobei auf der planen Oberseite des Bodens Dehnungsmessstreifen (8) aufgebracht sind. 4. Torque sensor according to claim 3, characterized in that the mechanically weakened section of the connecting webs ( 54 ) of the torque sensor ( 5 ) as an underside kidney shape-like recess ( 55 ) is formed with a termination in the form of a thin membrane-like bottom, with on the flat top strain gauges ( 8 ) are applied to the floor. 5. Drehmomentsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanisch geschwächte Abschnitt der Verbindungsstege (64) des Drehmomentsensors (6) als ein ellipsen-, rauten- oder ovalförmiger Ausschnitt (65) ausgebildet ist, wobei auf radial verlaufenden und senkrecht zur Oberseite der Verbindungsstege (64) ausgerichteten planen Außenflächenbereichen Dehnungsmessstreifen (81) aufgebracht sind. 5. Torque sensor according to claim 3, characterized in that the mechanically weakened section of the connecting webs ( 64 ) of the torque sensor ( 6 ) is designed as an elliptical, diamond-shaped or oval-shaped cutout ( 65 ), with radially extending and perpendicular to the top of the Connecting webs ( 64 ) aligned planar outer surface areas strain gauges ( 81 ) are applied. 6. Drehmomentsensor nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Ausschnitten (56) zwischen zwei oder vier Verbindungsstegen (54) vom Außenflansch (51) in radialer Richtung vorstehende Ansätze (57) zum Anbringen von Elektronik tragenden Teilen ausgebildet sind. 6. Torque sensor according to claims 3 and 4, characterized in that in cutouts ( 56 ) between two or four connecting webs ( 54 ) from the outer flange ( 51 ) projecting in the radial direction projections ( 57 ) for attaching electronics-carrying parts are formed.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008128918A1 (en) * 2007-04-20 2008-10-30 Siemens Aktiengesellschaft Control arrangement with correction means for systematic position-dependent errors
DE102016012324A1 (en) * 2016-10-17 2018-04-19 Franka Emika Gmbh Torque sensor device and method for detecting torques
CN114070158A (en) * 2020-08-04 2022-02-18 美的威灵电机技术（上海）有限公司 Control method of motor based on torque information, motor and storage medium

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105116906B (en) * 2015-07-17 2017-09-29 中国空间技术研究院 Spacecraft orbit maneuver motor disturbance torque computational methods based on Vector Theory

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19721298A1 (en) * 1997-05-21 1998-11-26 Mannesmann Sachs Ag Hybrid drive system for car
DE19921174A1 (en) * 1999-05-07 2000-11-09 Hbm Mes Und Systemtechnik Gmbh Strain gauge sensor
DE19740153C2 (en) * 1997-09-12 2001-02-01 Roland Man Druckmasch Method for controlling a drive within a printing press and drive for a printing press
DE19936293A1 (en) * 1999-08-02 2001-02-15 Hbm Mes Und Systemtechnik Gmbh Torque sensor
DE19939250A1 (en) * 1999-08-19 2001-03-22 Siemens Ag Method and device for damping torsional vibrations of an internal combustion engine
DE10013059A1 (en) * 2000-03-19 2001-09-27 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Force momentum sensor includes resistance strain gauges arranged in pliable sections and gauges are bridged according to principle of Wheatstone bridge

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19721298A1 (en) * 1997-05-21 1998-11-26 Mannesmann Sachs Ag Hybrid drive system for car
DE19740153C2 (en) * 1997-09-12 2001-02-01 Roland Man Druckmasch Method for controlling a drive within a printing press and drive for a printing press
DE19921174A1 (en) * 1999-05-07 2000-11-09 Hbm Mes Und Systemtechnik Gmbh Strain gauge sensor
DE19936293A1 (en) * 1999-08-02 2001-02-15 Hbm Mes Und Systemtechnik Gmbh Torque sensor
DE19939250A1 (en) * 1999-08-19 2001-03-22 Siemens Ag Method and device for damping torsional vibrations of an internal combustion engine
DE10013059A1 (en) * 2000-03-19 2001-09-27 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Force momentum sensor includes resistance strain gauges arranged in pliable sections and gauges are bridged according to principle of Wheatstone bridge

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008128918A1 (en) * 2007-04-20 2008-10-30 Siemens Aktiengesellschaft Control arrangement with correction means for systematic position-dependent errors
US8295973B2 (en) 2007-04-20 2012-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Control arrangement with correction means for systematic position-dependent errors
DE102007018808B4 (en) * 2007-04-20 2015-10-01 Siemens Aktiengesellschaft Control arrangement with correction of position-dependent systematic errors
DE102016012324A1 (en) * 2016-10-17 2018-04-19 Franka Emika Gmbh Torque sensor device and method for detecting torques
CN114070158A (en) * 2020-08-04 2022-02-18 美的威灵电机技术（上海）有限公司 Control method of motor based on torque information, motor and storage medium
CN114070158B (en) * 2020-08-04 2023-12-29 美的威灵电机技术（上海）有限公司 Control method of motor based on torque information, motor and storage medium

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